制式应急桥梁在抢险救援中的应用研究

制式应急桥梁在抢险救援中的应用研究

张金美 张宏建 曾智刚

我国自然灾害和事故灾难等突发事件频发，在抢险救灾过程中，快速抢通灾区道路，及时输送救援物资是救援行动中的关键环节。桥梁是道路交通网络中的关键节点，受损桥梁的抢通效率将直接影响救援工作的展开。本文结合武警交通部队抢险救援行动中对应急桥梁的实战应用进行了总结研究。

应急救援 桥梁架设

桥梁是道路交通网络中的关键节点，地震、泥石流、洪水、战争等突发事件对桥梁结构的破坏，将直接影响应急救援、灾后重建和战争胜负。国内外应急桥梁正在向轻量化、大跨度、模块化与智能化等方向发展，本文结合交通部队近年来参加的抢险救援行动，对制式应急桥梁在抢险救援实战中的应用进行了初步研究。

1 国内应急桥梁现状

应急桥梁可分为装配式公路钢桥和机械化桥两类。装配式公路钢桥为半永久性桥梁，该桥型尽管存在结构自重大和复杂环境架设难度大等显著缺点，但也具有器材储备量大、适合人工拼装架设、技术成熟度高、结构形式多样、适应跨度多样、便于通用车辆运输、可长期通行等优点，在应急救援和灾后重建中应用广泛。机械化桥为临时性桥梁，具有架设、撤收速度快的优点，一般2小时即可完成桥梁的架设或撤收作业。但也存在造价高、储备量少、难满足长期通行要求等缺点，主要在救援黄金72小时内使用。

1.1 装配式公路钢桥

1.1.1 “321”装配式公路钢桥

该桥为半穿下承式米字形桁架桥，主桁由每节3m长、1.5m高的桁架用销子连接而成，可组合成单排单层、双排单层、三排单层、双排双层、三排双层等多种形式，其中三排双层最大跨度61m。

1.1.2 ZB200型装配式公路钢桥

ZB200型装配式公路钢桥是在“321”装配式公路钢桥基础上通过增加桁架片高度、减少拼装构件数量改进而成的。该钢桥可组合成单排单层、双排单层、三排单层、四排单层等多种形式，其中四排单层最大跨度61m。

装配式公路钢桥既可人工架设，也可由吊车、挖掘机等配合架设。

1.2 机械化桥

1.2.1 51m大跨度机械化桥

21m重型伴随桥

51m大跨度机械化桥在全国公路交通警地联合应急演练中

轻型桁架桥

该桥是由汽车运输并由架桥车完成架设和撤收作业的大跨度临时桥梁装备；单跨架设最大长度为51m，是目前世界上单跨最大的应急机动保障桥。

1.2.2 21m重型伴随桥

该桥用于快速架设临时桥梁通道，克服19m以内的小河、沟谷等障碍。桥梁架设长度21m，该桥在多次抢险救灾中得到应用。

1.2.3 15m重型机械化桥

该桥是一种在中小河川、干沟和沼泽等障碍处，迅速架设桥梁通道，保障各种车辆和人员迅速通过的装备器材。器材主要由桥跨、桥脚、桥车和附属设备等组成。单跨架设长度15m，5跨为一组，全套器材架设长度75m ，克服障碍最大深度3.5m，适应最大流速2m/s。

2 装配式公路钢桥的架设方法

桥梁在突发状态下既可能出现梁体开裂与空洞、残余部分承载能力的轻中度损毁形式，又可能出现梁体整体断裂甚至塌落、无任何承载能力的重度损毁形式。在第一种情况下，通过应急检测与评估，可以采用原位架设法进行装配式公路钢桥的架设，即直接利用原桥桥面作为装配式公路钢桥的架设场地甚至新桥的弹性支撑点，这样不仅可以降低架设对桥头直线段长度的需求，而且可以降低装配式公路钢桥单跨长度，减少器材使用量。对于第二种情况，则需要采用桥头拼装、悬臂推送的平推法进行装配式公路钢桥的架设。

2.1 原位架设法

桥梁破坏后桥梁上部尚剩余部分承载力，但剩余的承载力无法满足救援车辆通行时可采用原位架设法进行加固，架设顺序按照桁架→横梁→桥面板→桥头搭板的顺序进行。例如2015年中尼公路抢险行动中吉隆口岸热索桥即采用以上顺序进行桥梁上部加固。

为减少钢桥自重对桥梁上部结构的影响，桁架全部拼装完成，主桁架支撑在桥墩支撑线上时再进行横梁、桥面板等下步拼装，在拼装时应重点注意以下问题：

（1）桥梁支座应尽量设置在桥墩盖梁中心线上，避免桥墩承受过大的偏心力。

2016湖北麻城市鼓楼区沈家庄大桥

2016湖北张榜镇胡埦村通往大竹村桥梁架设完成

（2）由于桁架存在一定的变形，在安装横梁时可能存在桁架与横梁卡接不上的情况，可以通过吊链（手动葫芦）和千斤顶调整两侧桁架的水平位置使桁架和横梁有效连接。

（3）钢桥允许扰度（竖直方向）一般控制在跨度的1/120（m）以内，受桥头引道的影响，支座高度过高则导致桥面上桥头引道过长，增加桥梁恒载，过低则影响钢桥作用发挥，建议支座高度控制在桥梁跨度的1/120（m）左右，如30m钢桥支座高度为30m/120=0.25m。

2.2 平推架设法

所谓的平推架设法是指在架桥点一岸较长的直线段上先设置平滚、摇滚等便于推送的器具，而后在这些器具上拼接轻量化的鼻架与装配式公路钢桥桁架主梁与横梁等，最后利用人力或机械逐步将结构以悬臂状态推送到对岸的架设方式。

利用该方法进行装配式公路钢桥的架设应该注意以下两个关键环节：

（1）鼻架需要进行合理的设计，在鼻架端部设置适当的抬高值。正常鼻架用单排单层桁架拼成，鼻架的格数通常为正桥格数的一半再加1，例如双排单层24m跨桥梁的鼻架为8/2+1=5格，对于奇格桥梁，其格数除2后取整数再加1，鼻架一段不设加强弦杆，在奇数格的横梁上装斜撑，在偶数格内装抗风拉杆，跨径在30m以上时，每格鼻梁都要装斜撑和抗风拉杆，多排桁架鼻架还要装支撑架与连杆板。

（2）需要推送安全性验算，必要时适当设置压重。装配式在推送过程中是一个典型的悬臂梁，桥梁结构形式与装配式公路钢桥成桥状态下为简支梁是不一样的，因此需要进行下悬杆抗压稳定性以及悬臂状态向峡谷倾覆的抗倾覆稳定性验算等。而且在某些情况下必须在架设端设置合适的压重，确保抗倾覆安全系数大于等于1.3。

3 实战应用

2016年武警交通部队分别在福建泰宁、安徽太湖、湖北蕲春、红安等多地成功运用平推法架设了多座装配式公路钢桥，下面以“八一长胜桥”为例说明。2016年7月1日，位于湖北红安七里坪倒水河上的114m张家湾大桥被洪水完全冲毁，造成当地数万名群众出行不便，国内目前装配式公路钢桥最大跨径为61m，无法一跨通过，需架设两座61m钢桥，并在河中修建永久性桥墩，为有效缩短桥梁架设时间，经武警交通指挥部应急救援工程技术研究所专家会诊，提出了“上下同步、临时替代、辅助加强、整体推送”的战法：

（1）上下同步，在桥墩施工的同时根据架设场地实际情况，开展上部拼装的准备，如上下加强弦杆拼接，桁架预拼，整节吊装等，大大减少了上部拼装时间。

（2）临时替代，在桥墩一侧设置临时支撑，桥墩混凝土浇筑完成后利用临时支撑完成桥梁推送，在混凝土龄期内，利用临时支撑保障车辆通行，龄期达到后桥梁整体落座，拆除临时支撑。

2015年西藏吉隆口岸热索桥架通后

2016年太湖城江桥架设现场鸟瞰图

（3）辅助加强，为解决大跨度装配式公路钢桥在长期荷载作用下扰度过大的问题，设置了两个辅助墩限制桥梁扰度变形。

（4）整体推送，装配式公路钢桥从一端整体推送，考虑122m钢桥自重达240吨以上，为减少推送难度，在接收端设置卷扬机进行牵引，即推拉结合，有效降低了推送难度。

通过以上有效措施，大大缩短了桥梁架设时间20天以上，桥梁架通后，当地政府和群众将该桥改名为“八一长胜桥”。

4 制式应急桥梁存在的问题

八一长胜桥

我国在应急桥梁方面虽然处于国际先进水平，但与复杂灾害背景下的桥梁应急抢通需求相比，还存在很大差距。究其原因是由于钢结构自重大，导致现有应急桥梁在跨越能力、机动性和易操作性等方面发展受限，如为了便于人工搬运与拼装，装配式公路钢桥不得不将结构细化成大量小型构件进行拼装，如“321”装配式公路钢桥61m桥梁构件种类数量27种，桥梁构件数量4400余件；ZB200型装配式公路钢桥61m桥梁构件种类数量29种，构件数量5670余件。这样不仅构件数量大，而且连接件也繁多，如销子、夹具、螺栓数量占到构件总数的60%以上，导致拼装时耗费大量的人力与时间。尽管对于主桁搬运与桥面板安装等可以采用一些机械辅助吊装的方式，但是由于拼装环节没有减少、各种连接件还需要人工安装，总体上效率提高有限。

5 制式应急桥梁发展展望

从国内外应急桥梁的发展现状来看，利用轻质高强材料开发轻量化应急桥是解决以上问题的根本出路，国内外目前还没有成熟的定型产品。武警交通指挥部应急救援工程技术研究所于2014年开始联合中国人民解放军理工大学、武汉华舟应急装备研究设计研究院有限公司等单位着手研制适合山地桥梁快速抢修的轻量化应急桥，并于2015年10月成功研制出了承载30吨、跨度30m的轻量化复合材料组合桁架桥，30m桥跨自重只有6吨，仅为同等跨度、同等承载力装配式公路钢桥重量的20%。由于该桥大幅降低结构自重，因此将桥面板与桁架进行了高度集成，6m长桥节就是一个整体拼装模块仅需在单个断面上完成6个销子的插接，较原来装配式公路钢桥主桁、横梁、连接系与桥面板的4个步骤、40个环节的拼装大为简化，24m长桥的拼装时间由装配式公路钢桥的10小时左右降低为半小时左右，大幅提高了拼装效率。而且由于该桥自重轻，可以在峡谷上部简单锚固先导索、而后在先导索上进行桥梁拼装与推送就可完成桥梁架设，也可以直接采用50吨吊车或我军现役直升机将桥梁整体吊装到峡谷上，大幅度降低了对桥头需要有较长直线段的要求，架设速度显著提高。

通过新材料在应急桥梁中的应用，将显著提升我国桥梁应急抢通能力，实现各类突发事件安全、高效处置，最大限度减少人员伤亡和财产损失。

作者单位：武警交通应急救援工程技术研究所